Электрическая синхронная машина Советский патент 1983 года по МПК H02K19/38 

2-. Машина по п. 1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что она снабжена блоком сравнения уровня напряже:ний, к одному из входов которого подключена якорная обмотка, к другому обмотка возбудителя, а выход блока сравнения соединен с входом блока управления.

3, MaiUi-Ha по п, 1 и 2, с- т л ич ы ю щ а я с я 7Ч:г-ь viG OKI снабжена дополнительные управляемым ключсзМг в качестве обмотки возбуждеяия использована одна из фаз якорной обмотки;,, и цепь КОТО1ЮЙ включен допелнктельный ключ , и sjio цепь управления соединека с блоком управления зарядкоуазрк:дного источни1са импул -сов .,

1. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ. СИНХРОННАЯ МАШИЕА, содержащая статор с многофазной якорной обмоткой, магнитопроводом и неподвижной обмоткой возбуждения, ротор, магнитоэлектрический возбудитель, неподвижная обмотка которого связана с обмоткой возбуждения через преобразователь и выпрямитель, отличающаяся тем, что, с целью снижения энергозатрат в обмотке возбуждения при одновременном упрощении конструкции, обмотка возбуждения размещена на одном магнитопроводе с якорной обмоткой, ротор выполнен, в виде цилиндра из гистерезисного материала, преобразователь - в виде зарядно-разрядного источника импуль- § сов, содержащего конденсатор, управ- (Л ляемый ключ и блок управления, вход .которого соединен с обмоткой возбудителя, а выход - с управляемым ключем преобразователя. 00 to СП СП ю

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электромашинострс eникf, и касается синхронных электрических машин с обмоткой возбуждения. Известна электрическая синхронная: машина, содержащая статор, ротор с об моткой возбуждения, выпрямитель., вклю ченный между обмоткой статора или, ., рКОрНОЙ обмоткой возбудителя и О-бМОТ;,кой возбуждения синхронной машины ,. недостаток данной электрической машины состоит в контактной передаче энергии к обмотке возбуждения, что снижает надежность электрической машины. Извест.ны конструкции, в которых выпрямитель располагают на роторе, Энергию к выпрямителю передают через вращающийся трансформатор либо посредством синхронного возбудителя, якорная обмотка которого устана.вли-вается на валу синхронной машины« Используют также системы возбуждения с магнитоэлектрическим подвозбудителем, постоянный магнит которого размещен на одном валу с синхронной машиной Гз и Гз . При этом из-за необходимости разме щения на роторе выпрямителя снижаетс надежность, усложняется конструкция ротора и возникают трудности регулиро- вания выпрямителя.Как правило,- регу лирование электрической машины (напр мер, ее напряжения в режиме генератора) осуществляется со стороны обмот:ки возбуждения воз-будителя,что уменьшает быстродействие регулиро ва. ни я. Дальнейшее совершенствование синхронных машин бьшо направлено на создание конструкции с неподвижной обмоткой возбуждения, размещенной, как и .якорная обмотка, на ста-торе. При этоь магнитный поток возбуждения или его часть проходитпо крайней мере через два воздушных зазора: рабочий и,-как минимум, один дополнительный. Ротор снабжается коммутатором магнитного потока, например, в виде системы когтаобразных полюсов. Поскольку обмотка возбуждения неподвижна, то про лема передачи энергии к ней от источ ника постоянного тбКа, например магнитоэлектрического возбудителя с якорной обмоткой, подключенной к выпрямителю ус-раняе гся как и труд иостт--; ,связсШные с регулированием выпрямителя , Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому, результату к предлагаемой является электричаская синхронная машина, содержащ 1Я статор -С якор1 ой обмоткой и обмоткой возбуждения, ротор, магнитоэлектрический возбудитель, неподвикная обмотка которого связана с обмоткой возбуждения через преобразователь рода тока и выпрямителе . Ротор указанной э лег. три чес кой машины состоит..из магнитспроводящего вала с вь:ступар.-п-:, которые являются полюсами одной по.пярности, ( например ,южной/ с которыми механически соединены полюса другой поляр1 ости (север-ной) , выполненные :з виде феррома нитных полос, Конструктизная связь ме/кду nojiFuCaMi-:: эсуuiGCTBJ)яется камыкаюш,ими ко.пь:;тамн с обеих сторок ротора. Обмотки возбуждения :кс;пы1:евого типа н0по: 1вижнь и размеидекы в магкитопро водящих скобах, укл.вп.лен1;ъ;х: на корпусе, Скоиы являются ч;:1сгь;с: : :ЕГККТС-лиовода элг:ктричес:;ги i.auMHi к о педсНы от замыкаюпщх колец ро..ора к от вала ротора двукк паразитными воз душнЕдми зазорами,. CJiaTop эпектрической машины имеет обычнуй; констуукци ;:, Наличие дополнительных зо.здушных зазоров, а также участко.в магнитной цепи Е виде скоб уне.пи/чЕс ет длину потока, необходимую н ,;. , ос стки возбуждения, и вес Ma:L-HHTonrj:jo-;;;.:a. Однако Рззастнй.- :-;:- К ;ркчяскэя машина имеет сложку :; iccHC-.vpyyцию,, Б первую очередь соT-ibi. гз нескоч.:. ких э.иементоЕ ро1с-:ле о:;);гьш1-;е габари-ты и массу; повышенные эиьрлозатрвты в обмотке возбуждения., Ч1.о обуслоБ uai;t -iHeMf крС)Ме рабочего, по крайней мере однохо папазнтчого saaopa., TTej-ib изобретен -.я - уиеи-зшение энергозатрат в обмоттге псзбуждения при одновременном упрощении конструкции. Указанная цель достигается тем, что в электрической синхронной машине содержащей статор с многофазной якорной обмоткой, магнитопроводом с непод вижной обмоткой возбуждения, ротор, магнитоэлектрический возбудитель, неподвижная обмотка которого связана с обмоткой возбуждения через преобразователь и выпрямитель, обмотка возбуждения размещена на одном магнитопроводе с якорной обмоткой, ротор выполнен в виде цилиндра из гистерезисного материала, преобразователь выполнен в виде зарядно- разрядного источника импульсов, содержащего конденсатор, управляемый ключ и блок управления, вход которого соединен с обмоткой возбудителя, а выход с управляемым ключам преобразователя Устройство снабжено блоком сравне ния уровня напряжений, к одному из входов которого подключена якорная обмотк к другому - обмотка возбудителя, а выход блока сравнения соединен с вхо дом блока управления. Электрическая машина может быть снабжена дополнительным управляемым ключем, в качестве обмотки возбуждения может быть использована одна из фаз якорной обмотки, в цепь которой включен дополнительный ключ, и его цепь управления соединена с блоком управления эарядно-разрядного источника импульсов. На фиг. 1 показана структурная схема предлагаемой машины; на фиг. 2 ее вариант, когда магнитопроводы маш ны и возбудителя объединены, на фиг. 3 - вариант выполнения,при кото ром одна из фаз якорной обмотки явля ется обмоткой возбуждения, на фиг. 4 осциллограммы напряжений. На статоре 1 размещена якорная обмотка с фазами 2-4. На одном магни топроводе 5 статора размещена обмотка б возбуждения и якорная обмотка, Эыполненные на одно число полюсов. На отдельном неподвижном магнитопроводе 7 размещена обмотка 8 возбудителя, имеющего ротор {вращающийся постоянный магнит) 9, установленный на одном валу 10 с гистерезисным ротором 11 в виде гладкого цилиндра. Обмотка 8 возбудителя соединена с об моткой б возбуждения через выпрямитель 12 и зарядно-разрядный источник 13 импульсов, состоящий из конденсат ра 14 и полностью управляемого ключа (тиристора) 15 с блоком 16 управлени На фиг, 2 активный гистерезисный сло ротора 11 и постоянный магнит 9 ском бкнированы в одном пакете. Соответственно, обмотка 8 возбудителя разме щена на магнитопроводе 5. При соединенной в звезду трехфазной обмотки якоря удобно число пар полюсов магни т.а 9 и обмотки 8 выбрать в три раза больи им, чем число пар полюсов машины, что уменьшает размеры возбудителя. На фиг. 3 показана двухфазная якорная обмотка с фазами 2 и 3, причем фаза 3 выполняет одновременно роль обмотки возбужл.екчя. Чтобы обеспечить последовательность выполнения ролей фазой 3, в ее цепи установлен дополнительный полностью управляемый ключ (тиристор) 17, цепь управления которого соединена с блоком 16 управления, синхронизированным от обмотки 8. На входы блока 18 сравнения уровня напряжения подключены одна из фаз 2-4 якорной обмотки и обмотка возбудителя 8. Выход этого блока соединен с управляющим входом блока 16 управления. Электрическая машина может работать как в режиме двигателя, так ив режиме генератора. При работе в режиме генератора в обмотке возбудителя 8 наводится ЭДС при вращении постоянного магнита 9, сидящего на одном валу ,10с приводным двигателем. Токи обмотки 8 выпрямляются и заряжают конденсатор 14. При подаче с блока 16 управления отпирающего импульса на тиристор 17 импульсное напряжение прикладывается к обмотке б возбуждения. Импульсный поток возбуждения намагничивает автивный гистерезисный слой ротора 11 машины. При вращении намагниченного ротора 11 в обмотках якоря наводится переменное напряжение. Длительность импульса возбуиодения не превышает, как правило, части периода переменного напряжения на выходе генератора. Для стабилизации выходного напряжения генератора при изменении скорости приводного двигателя и нагрузки генератора необходимо подавать на обмотку б возбуждения периодически следхтсщие короткие импульсы, каждый из которых стабилизирует магнитное состояние активного слоя. При необходимости стабилизации выходного напряжения намагниченность активного слоя ротора 11 может быть либо увеличена при увеличении длительности импульсов,.либо уменьшена при уменьшении их длительности. Регулирование длительности импульсов осуществляется блоком 16 управления по сигналу рассогласования уровня ( или фазы ) напряжения на фазах 2-4 якорной обмотки и напряжения на обмотке 8,. поступающего с блока 18. Для стабилизации напряжения достаточна частота следования импульсов на 1-1,5 порядка меньшей частоты выходного напряжения. Осциллограммы напряжений на фазах 2-4 якорной обмотки и в обмотке S возбуждения показаны на фиг. 4. В момент следования, импульса цепь якопной обмотки желательно разрывать, чтобы импульс намагничивающего тока не замыкался через нагрузку. В варианте по фиг. 3 это осуществляется дополнительным управляемым ключом 17 установленным в фазе 3. В режиме двигателя использование возбудителя,, сидящего на одном валу с двигателем, делает систему его воз буждения автономной. Поскольку энергия на воз6ужден-и,е невелика, то тормозной момент, создаваемый возбудитв лен, будет незначителен. В данном случае в качестве .возбудителя могут бы|ть использованы магнитоэлектричес.кие датчики угла и скорости, которые обычно используются в прецизионном приводе с гистерезисными двигателями Посредством регулирования длитель ности импульсов в режиме двигателя .регулирование энергетически показателей двигателя при значительных кратностях изменения нагрузки, а также стабилизация его энергетических характеристик и колебаний ротора 11, Как следует из вышеописанного/ упрощение конструкции достигается в данном случае благодаря тому, что магнитопровод якоря не претерпел ка;ких-либо конструктивных, изменений ПО: сравнению с классической конструк , а гистерезисный ротор в виде магнитожесткой втулки предельно прос Снижение энергозатрат в обмотке возбуждения достигается благодаря то му, что он питается не постоянно, а импульсно, причем длительность паузы бо.лее чем в десять раз превышает длительность импульса. Это отношение может быть еще более увеличено при инерционной нагрузке и отсутствии

Г

п интенсивных возмущений по нагрузке и частоте вращения. Энергозатраты уменьшаются также за счет того, чтС в предлагаемой машине поток возбуждения проходит только через один воздушный зазор. Благодаря простоте конструкции, экономичности, наличию самозапуска и несложности схемы возбуждения, изобретение может найти применение как в качестве двигателя, так и в качестве генератора. Например, предлагаемую машину выгодно использовать взамен асинхронной в тех случаях, когда возможен длительный холостой ход по отношению к режиму полной нагрузки. При этом будет достигнута экономия энергии. Кроме того, такая машина выгодна для инерционных приводов, так как при относительно малой мощности может вводить в синхронизм значительные инерционные нагрузки и экономично рае ботать в синхронном режиме. Возможно применение предлагаемой машины и в качестве выпрямительного генератора, например автотракторного или. авиационного генератора переменного тока. Здесь может быть достиг нуто уменьшение массы машины. . Базовым объектом для предлагаемого технического решения служит авиационный генератор типа сексин, используемый для маломощных систем электроснабжения. По сравнению с базовым образцом предлагаемая электрическая машина позволит сократить потери энергии на возбуждение и упростить конструкцию, электрической машины. Япорнояoot orfffia

Обнотхд. Возоулна.